Типы селективности автоматических выключателей

Что такое селективность защиты?

Что это такое?

В первую очередь, понятие «селективность» включает в себя защитный механизм и отлаженную работу неких приборов, состоящих из отдельных элементов, последовательно подключенных между собой. Зачастую такими приборами служат различные виды автоматов, предохранителей, УЗО и т.д. Результатом их работы является предупреждение «сгорания» электромеханизмов в случае возникновения угроз. Схема селективной работы автоматических выключателей и УЗО в щитке предоставлена ниже:

Преимуществом данной системы является ее свойство отключать лишь необходимые участки, при этом вся остальная система остается в рабочем состоянии. Единственным условием при этом остается согласованность защитных устройств между собой.

Основные функции

Итак, основными функциями селективной защиты являются:

• обеспечение безопасности электроприборов и сотрудников;
• мгновенное определение и отключение зоны питания, в которой произошла поломка, без других отключений, которые прекратят подачу электроэнергии в местах стабильной работы техники;
• снижение влияния негативных последствий на остальные части электромеханизмов;
• уменьшение нагрузки на составные установки и предотвращение поломок в неисправной зоне;
• обеспечение максимально возможного непрерывного электроснабжения высокого качества;
• обеспечение беспрерывности рабочего процесса;
• обеспечение квалифицированной поддержки в том случае, если сама защита, отвечающая за размыкание, придет в неисправность;
• поддержка оптимального функционирования установки;
• обеспечение простоты в эксплуатации и экономической эффективности.

Виды селективной защиты

Селективность защитной аппаратуры разделяется на следующие виды:

1. Полная. Задействовано два аппарата с последовательным подключением, при воздействии сверхтоков срабатывает защита только одного, который находится ближе к зоне неисправности.
2. Частичная. Подобна полной, но защита действует только до определенного показателя сверхтока.
3. Временная. В цепь включается несколько автоматов с одинаковыми токовыми характеристиками, но разной выдержкой по времени. В результате от самого ближнего к неисправности, до самого отдаленного автоматического выключателя, аппараты друг друга страхуют (например, самый ближний сработает через 0,02 с, следующий через 0,5 с, ну и последний через 1 с, если остальные 2 не сработают).
4. Токовая. Если говорить грубо, то принцип действия токовой селективности защит аналогичен временной, но только выдержка происходит не по времени, а по величине тока. К примеру, автоматические выключатели устанавливаются на вводе 25А, далее 16А, а потом 10А. При этом время отключения у них может быть одинаковое.
5. Времятоковая. Кроме реакции механизмов защиты на ток, также определяется время этой реакции.
6. Зонная. При выявлении нарушения порога тока срабатывание установки позволяет точно определить неисправную зону и отключить подачу электричества только в ней.
7. Энергетическая. Все процессы по предотвращению поломки происходят в литом корпусе автоматического выключателя. Отключение происходит за такой малый срок, что отметка максимального значения тока не достигает своего результата.

Также селективность защиты может быть абсолютной и относительной. В первом случае отключается только поврежденный участок цепи. По такому принципу работают предохранители, установленные в электроприборах. Относительная селективность защищает не только «свой участок», но и соседний, если в нем не отработала абсолютная селективная защита.

Карта селективности

Обязательно необходимо упомянуть о карте селективности, которая будет вам необходима «как воздух» для максимальной токовой защиты. Сама карта представляет собой определенную схему, построенную в осях, где отображаются все совокупности времятоковых характеристик установленных аппаратов. Пример предоставлен ниже:

Мы уже говорили, что все защитные аппараты должны быть подключены по-очереди друг за другом. И на карте отображают характеристики именно этих приборов. Главными правилами при чертежах карт являются: установки защит должны исходить от одного напряжения; масштаб необходимо выбирать с расчетом того, что будет видны все граничные точки; необходимо указать не только защитные свойства, но и максимальные и минимальные показатели коротких замыканий в расчетных точках схемы.

Стоит отметить, что в сегодняшней практике крепко закрепилось отсутствие карт селективности в проектах, особенно при небольших напряжениях. И это нарушение всех норм проектирования, которое в итоге и является результатом отключения электричества у потребителей.

Напоследок рекомендуем просмотреть полезное видео по теме:

Теперь вы знаете, что такое селективность защиты электрической сети и для чего она нужна. Если есть вопросы, можете задавать их на нашем форуме для электриков.

Будет интересно прочитать:

Селективность – это свойство защиты определять неисправный элемент

Эксплуатация электрических сетей с самого начала их появления изменилась до неузнаваемости. И в первую очередь упор был сделан на безопасность. И это понятно. Поэтому системы защиты всегда усовершенствуются, этот процесс никогда не останавливался. Но тут перед разработчиками встала задача определения неисправностей по мере их серьезности. То есть, существуют ситуации, которые можно отнести к ненормальным, но приемлемым. Есть ситуации, которые требуют оперативного вмешательства в виду возможности появления короткого замыкания и выхода из строя части электроустановки. Поэтому система защиты строилась на избирательности или селективности. Итак, селективность – это качество защитной системы отличать неисправности электрических сетей или установок, выявлять их и отключать от работающих в нормальном режиме.

Современные системы электрической защиты могут иметь селективность:

• Абсолютную.
• Относительную.

В первом случае защита действует только в своей зоне. Во втором случае не только в собственной зоне, но и в соседней. При этом относительная селективность обеспечивается дополнительными приборами с разными функциями. К примеру, с определенной выдержкой времени, при котором он будет срабатывать.

Существует специальный стандарт, в котором определяются все виды селективности, его номер ГОСТ Р 50030.1. В этом документе подробно расписано, по каким критериям разделяется данное понятие. Рассмотрим основные.

Селективность по сверхтокам

В первую очередь обозначим, что такое сверхтоки. Это показатели электрического тока, которые превосходят параметры тока номинального. Это касается в первую очередь силы и напряжения.

Поэтому селективность в данном случае координирует работу нескольких устройств по установленным показателям. При этом учитывается тот факт, что каждое устройство имеет свой диапазон срабатывания. Остальные же не реагируют на изменения параметров сети. То есть, получается следующая схема. Существует определенная селективность между двумя автоматическими выключателями, которые расположены в схеме последовательно.

Так вот со стороны нагрузки выключатель разрывает цепь. А со стороны подачи тока он находится в замкнутом состоянии. То есть, последний обеспечивает током все остальные участки цепи. Такая селективность называется частичная. Именно она обеспечивает неполную загрузку установки при необходимости устранить неполадки (короткое замыкание или перегруз) на одном участке. При этом остальные работают в штатном режиме.

Существует полная селективность, это когда срабатывает автоматический выключатель на входе, то есть, на питающем контуре. При этом второй выключатель, стоящий на нагрузке, не отключается. В принципе, в этом и нет смысла, потому что электрическая схема отключается в данном случае полностью.

Но тут необходимо пояснить, что существует определенная зависимость между номинальной силой тока и током перегрузки. Полная селективность обеспечивает любой показатель сверхтока. А вот в частичной действие двух выключателей совершенно происходит по-другому. Для этого учитывается селективность каждого выключателя, которая зависит от силы сверхтока. При этом сила тока, отключающая автоматический выключатель (селективное УЗО) на нагрузке должна быть меньше, чем на питании.

Существуют две основные причины, при которых есть необходимость отключать электрическую схему:

• Перегрузка сети.
• Короткое замыкание.

Во-первых, зона перегрузки встречается больше и чаще. Во-вторых, для защиты от этой причины в цепь устанавливается в основном тепловая защита.

Зона короткого замыкания – это диапазон величин силы тока, который превосходит номинальный в восемь-десять раз. Поэтому в данном случае используется магнитная защита. Такое событие маловероятно в электрических цепях, которые собраны грамотно. Но, как говорится, береженного бог бережет.

Методы обеспечения

Что касается зоны перегрузки, то здесь используется только один вид селективности – времятоковый. В зоне короткого замыкания видов селективности может быть больше.

• Токовая.
• Временная.
• Энергетическая.
• Зонная.

Времятоковая характеристика определяет работу двух последовательно установленных выключателей, при которой время срабатывания первого, стоящего на нагрузке, быстрее, чем второго, стоящего на питании.

Внимание! Чем больше сила тока при перегрузке, тем быстрее срабатывает защитное устройство.

Поэтому при выборе автоматических выключателей для электрической сети, необходимо учитывать их пороги: по времени и по силе тока (номиналу). При этом выключатель со стороны нагрузки всегда должен срабатывать быстрее, чем выключатель (селективное УЗО) со стороны питания.

Токовая селективность основана на величине определяемого напряжения. Известно, что чем ближе к источнику короткого замыкания, тем сверхток на этом участке больше, а, значит, выше напряжение. Установив автоматические выключатели по участкам, можно легко определить, на каком из них произошло короткое замыкание.

Временная селективность – это качественное продолжение токовой селективности. Здесь также определяется защита по току, но добавляется и временной диапазон. При этом защитное устройство при коротком замыкании срабатывает не сразу, а только после определенного времени задержки. Для чего это необходимо? Цель – дать возможность сработать защитным устройствам на прилежащих участках, чтобы отключить область короткого замыкания от них.

Энергетическая селективность является специфичной. Она характеризуется токоограничивающими показателями. Поэтому в электрических сетях используются так называемые автоматические выключатели в литом корпусе, у которых время срабатывания отключения определяется тысячными долями секунды. То есть, они срабатывают настолько быстро, что ток короткого замыкания не успевает достичь своего максимального показателя.

Зонная селективность работает по принципу диалога между токоизмерительными устройствами, которые, обнаружив порог превышения параметров тока, тут же отключают зону неисправности. Самое главное, что защитное устройство точно определяет зону отключения. По сути, это временная селективность, только с более быстрым отключением сети.

Заключение по теме

В бытовых электрических сетях обычно используют селективность токовую и временную. Оптимальный для этого вариант – установить устройства защитного отключения последовательно по схеме древовидного распределения, то есть один общий выключатель и несколько на каждом шлейфе (контуре). Кстати, такую схему можно использовать и в межэтажной схеме, где выключатели (УЗО) устанавливаются на каждом этаже.

Как обеспечить селективность работы УДТ

В современном мире ежегодно растет количество применяемых электрических приборов, что приводит к тому, что электрические сети становятся все более разветвленными и увеличивается количество защитных устройств, которые устанавливаются в электрических щитах. Возникает новая задача – как обеспечить надежную и бесперебойную работу этой сложной системы. На языке специалистов это называется обеспечить «селективную работу» т.е. сделать так, чтобы любое повреждение электрической сети отключалось бы ближайшим к нему защитным устройством, а остальные ее части оставались бы в работе, не отключая электроснабжение потребителя. Сложность данной задачи состоит в том, что при этом необходимо защищать сеть от повреждений т.е. нужен баланс между возможностью своевременно отключить повреждение и необходимостью сделать это с наименьшими потерями для электроснабжения потребителя. Каким образом можно сделать это?

Основная опасность связана с протеканием по сети тока, превышающего номинальное значение, на которое эта сеть расcчитана. Для защиты от высоких токов короткого замыкания и перегрузки используются автоматические выключатели (иногда для краткости их называют «автоматы»). Важно помнить, что эксплуатация сети без устройств, защищающих от короткого замыкания и перегрузки, недопустима ни при каких обстоятельствах!

Рассмотрим вариант решения на основе наиболее популярной в настоящий момент линейки модульного оборудования Easy 9 производства Schneider Electric. Это оборудование среднего ценового сегмента, которая обладает оптимальным соотношением цена/качество и имеет самый широкий ассортимент защитных устройств среди других аналогичных предложений. В составе линейки представлены автоматические выключатели с отключающей способностью 4,5 кА и 6 кА и различными время-токовыми характеристиками B,C и D, все виды современных устройств дифференциального тока, устройства защиты от перенапряжений, выключатели – разъединители и реле напряжения. Отдельно стоит сказать об экономичной серии пластиковых щиток для модульного оборудования Easy 9 Box, производимых в России.

Широкий выбор автоматических выключателей Easy 9 разных типов позволяет решить задачу обеспечения селективной работы автоматов в щитах конечного распределения. Самый простой вариант это установка в щите автомата с характеристикой D в качестве вводного (на отходящих линиях обычно применяют автоматы с характеристикой С или В), повышает порог токовой селективности. Это возможно за счет того, что автоматы с разными характеристиками отключаются при различных величинах токов. Например, автомат с характеристикой В отключается мгновенно, если через него протекает ток от 3 до 5 номинальных токов т.е. если номинал составляет 10 А, то диапазон мгновенного отключения составит от 30 до 50А. Аналогично, для автоматов с характеристикой С этот диапазон от 5 до 10 номиналов, для D от 10 до 20 номиналов. Рассмотрим взаимодействие двух автоматов с характеристикой С, где 40 А установлен на вводе, а 10 А на отходящей линии. Исходя из сказанного выше, при коротком замыкании автомат 10 А отключится в диапазоне токов 50 — 100 А, а 40 А в диапазоне 200 – 400А. Т.е. если ток при повреждении будет превышать 200 А, то с большой долей вероятности отключится вводной автомат или оба, что не обеспечивает селективной работы. В случае. Если на вводе будет установлен автомат также на 40А, на с характеристикой D, диапазон его срабатывания будет от 400 до 800 А и порог селективной работы составит уже 400 А. Таким образом применение автоматов с характеристикой D на вводе позволяет уменьшить риск ложного отключения вводного автомата при повреждении на отходящей линии.

Кроме того, установка на вводе щита автомата с более высокой отключающей способностью (6 кА против 4.5 кА) позволяет «подстраховать» нижестоящий автомат на случай отключения коротких замыканий с большими токами, что повышает надежность и безопасность всей системы распределения в щите.

Вторым важным вопросом является обеспечение селективной работы устройств дифференциального тока – УДТ, к которым относятся выключатели дифференциального тока (раньше их называли УЗО) и дифференциальные автоматы (обычно их для краткости называют диффавтоматы). Оба вида этих устройств могут выполнять функцию защиты объекта от пожара и защищать человека от поражения током.

Все устройства дифференциального тока имеют техническую характеристику номинальный отключающий дифференциальный ток, это величина тока (тока утечки), при котором УДТ отключается. Для защиты от поражения электрическим током применяются УДТ, у которых этот параметр составляет не более 30 мА. По ГОСТ Р 50572.4.42-2012 для защиты от пожара должны устанавливаться УДТ с номинальным отключающим дифф. током менее 300 мА. Кроме того, для отдельных видов нагрузок, где из-за отказа высока вероятность пожара должны быть установлены УДТ с номинальным отключающим дифф. током менее 30 мА. К таким нагрузкам можно отнести, к примеру, теплые полы с пленочным нагревательным элементом.

ГОСТ Р 50571.5.53-2013 устанавливает основные правила взаимодействия УДТ в электрической цепи для двух случаев: для применения в жилищном строительстве и для прочих применений. Так, для жилищного строительства необходимо, чтобы УДТ на вводе имело номинальный отключающий дифференциальный ток в три раза больше, чем устройство на отходящей линии. Это условие подразумевает, что при установке на отходящих линиях УДТ с током отключения 30 мА на вводе мы можем применять устройства, имеющие ток срабатывания как 300 мА, так и 100 мА т.к. это соответствует условию, указанному выше. Выбор тока срабатывания вводного УДТ определяется несколькими факторами, в частности длиной присоединенных кабелей и мощностью нагрузок. На практике же для квартир и небольших дачных домов на вводе используют устройства 100 мА, для коттеджей применяют УДТ с током отключения 300 мА т.к. электрические цепи в последнем случае являются более разветвленными.

Однако, как показывает практика, выполнение этого условия не всегда позволяет обеспечить селективную работу УДТ. Дело в том, что повреждения изоляции не всегда развиваются постепенно, иногда из-за повреждений изоляции ток утечки быстро достигает больших значений, что приводит к отключению не только УДТ на поврежденном участке, но и вводного устройства дифференциального тока, что обесточивает всю электроустановку. Такая ситуация очень неприятна для любого жилища, а для дома и вовсе является критической т.к. отключаются жизненно важные потребители. Помимо дискомфорта и отключения, по сути, всех инженерных систем в доме, полное отключения электроснабжения требует еще и много времени на поиск поврежденного участка и восстановление работы всех систем. В зимнее время это может привести к замерзанию и повреждениею, например, систем водоснабжения и отопления дома и значительному финансовому ущербу.

Решением в данном случае будет установить на вводе УЗО с выдержкой времени на срабатывание, так называемое селективное УЗО. Этот тип устройств имеет индекс «S» (от англ. Selectivity – селективность) и в случае повреждения отключается с задержкой до 130 миллисекунд (полное время отключения может быть до 0,5 сек в зависимости от величины дифф. тока см таблицу 1). Такие УЗО с недавнего времени представлены в линейке Easy 9, производимой Schneider Electric.

Как это работает? Например, в квартире установлены селективное УДТ с отключающим током 300 мА на вводе электрического щита и несколько УДТ с отключающим током 30 мА на группах, питающих электрические розетки, как показано на рис 1. Возникло повреждение кабеля в электрической розетке и из-за этого возникает дифференциальный ток 200 мА, который обнаруживают групповое и вводное УДТ, при этом групповое УДТ отключается мгновенно, а селективное вводное ждет ждет 60 мсек (из таблицы 1). Отключение группового устройства устраняет ток повреждения и вводное УДТ не отключается т.е. остальная, неповрежденная часть электроустановки остается в работе. Таким вот образом отключается только аварийный участок и при этом не нарушается электроснабжение объекта в целом. При этом селективное УЗО как бы «подстраховывает» УЗО на отходящих линиях. Если одно из них по какой то причине не сработает, в этом случае селектиное УЗО отключится, защитив всю электрическую цепь от дальнейшего развития аварии.

Сейчас применение селективных УЗО в жилых и общественных зданиях является обязательным. Так, действующий СП 256.1325800.2016 «Электроустановки жилых и общественных зданий. Правила проектирования и монтажа» п.10.13 требует, для повышения уровня защиты от возгорания, установки УДТ с номинальным отключающим дифференциальным током до 300 мА. При этом, для соблюдения селективности срабатывания УДТ при двух- и многоступенчатой схеме установки, уставка и время срабатывания УДТ установленного ближе к источнику питания должно быть не менее чем в 3 раза больше, чем у УДТ установленного ближе к потребителю. Другими словами, УДТ на вводе должно иметь уставку диффтока до 300 мА и выдержку времени срабатывания т.е. быть селективным.

Таким образом, используя автоматические выключатели линейки Easy 9 с различными номиналами и время-токовыми характеристиками, а также селективные УЗО Easy 9 мы можем обеспечить надежную защиту и бесперебойную работу электрической сети дома или квартиры. Доступная цена и высокое качество этого оборудования, а также постоянно расширяющийся ассортимент позволяют решать с помощью линейки Easy 9 любые задачи современного электромонтажа.

Типы селективности автоматических выключателей

Исследование селективности автоматических выключателей в САПР (Simaris Siemens)

Холодков Артем Николаевич,

аспирант Самарского государственного технического университета.

Научный руководитель – доцент

Проценко Александр Николаевич.

В электроснабжении под «селективностью» понимают совместную работу последовательно включенных аппаратов защиты электрических цепей в случае возникновения аварийной ситуации.

Неотъемлемой частью систем защиты сетей электроснабжения являются быстродействующие автоматические выключатели (АВ), которые применяются как для работы в номинальных режимах для оперативных коммутаций, так и для отключений в аварийных режимах, при коротком замыкании. Поэтому требования увеличения их предельной коммутационной способности и обеспечения селективной работы в значительной мере определяют направления по созданию новых типов АВ.

На сегодняшний момент при проектировании систем защиты существует проблема в подборе оборудования, отвечающего требуемым параметрам. Фирмы-производители гарантируют селективную работу автоматических выключателей собственного производства. Причем форма представления их рекомендаций по выбору аппаратов защиты основывается исключительно на собственных экспериментальных данных и не поддаётся анализу с точки зрения режимов работы системы электроснабжения и взаимозаменяемости с оборудованием других фирм производителей. Это существенным образом ограничивает проектировщиков в выборе аппаратов защиты. Такая ситуация, во-первых, препятствует применению оборудования с наилучшими характеристиками. А во-вторых, фактически «привязывает» проектную и эксплуатирующую организацию к конкретным маркам аппаратов. Это снижает надёжность и гибкость систем электроснабжения и создаёт опасность снижения конкурентоспособности на рынке низковольтного оборудования.

В настоящее время для организации селективной работы АВ на низком напряжении применяют различные методы. Наиболее популярными из них являются «токовая» и «временная» селективности. Для АВ всегда существует формально предельный ток селективности (Is), обусловленный расчётными значениями токов КЗ и взаимным расположением характеристик аппаратов. Однако производители гарантируют для автоматических выключателей собственного производства селективную работу за границей Is.

Исследуем вопрос селективности выключателей в САПР Simaris design на примере приведенной схемы ( рис. 1 ) .

После построения схемы и ввода необходимых параметров, Simaris design автоматически подбирает подходящие АВ, удовлетворяющие условиям защиты системы от перегрузки и КЗ (в зависимости от заданных начальных параметров системы). Хотя в функциях программы присутствует специальная настройка цели подбора оборудования на полную селективность, добиться ее с помощью методов доступных в программе Simaris design без изменения параметров системы трудно. Для этого должен выполняться ряд условий. В итоге обеспечивается лишь частичная селективность АВ. Что в ряде случаях может доставить существенные проблемы.

Поскольку большинство неисправностей в цепях появляется во время эксплуатации, то частичная селективность применима, если предел селективности выше значения тока КЗ на конце линии. В этом случае говорят о рабочей селективности. Ее реализация часто весьма удобна, экономична и проста. Но если ток КЗ на конце линии выше значения Is , то селективная работа выключателей обеспечиваться не будет.

В каталогах многих фирм-производителей АВ существуют специальные «таблицы селективности», с помощью которых можно селективно согласовать работу выключателей между собой. САПР Simaris такие таблицы не содержит, хотя и использует их при оценке селективности АВ в процессе автоматического подбора. Однако без ручного вмешательства проектировщика в процесс подбора, селективная работа АВ не всегда может гарантироваться должным образом.

Работа с такими таблицами позволит пользователю решить проблемы выбора селективно-работающих АВ уже на начальной стадии проектирования. Проектировщик будет точно знать, будет ли обеспечиваться селективность при текущих параметрах оборудования, ее вид и диапазон значений предельного тока селективности, что позволит в дальнейшем сэкономить время для оптимального подбора аппаратов защиты.

Рассмотрим часть этих таблиц селективности выключателей фирмы Siemens для определения степени их полезности. Попытаемся добиться полной селективности АВ системы вручную на примере части построенной схемы и выясним, в каких условиях это возможно.